能源数据传输方式的分析介绍

智能电网信息流的层次模型包括四个层次,即电网设备层、通信网架层、数据存储管理层、数据应用层,如图3-1所示。各个层次组成的信息支撑体系是坚强智能电网信息运转的有效载体,是坚强智能电网坚实的信息传输基础。

在通信网架层中,从传输媒介的分类来看,电力能源数据传输技术可以分为有线通信和无线通信。在电力通信专网中,有线通信主要包括电力线载波通信和光纤通信等。

(1)电力线载波通信。电力线载波通信是电力系统传统的特有通信方式,它以输电线路为传输通道,具有通道可靠性高、投资少、见效快、与电网建设同步等优点,曾经是电力通信的主要方式。

但电力线载波通信的缺点也比较明显。由于受电力线强磁场干扰,噪声电平高;传输性能受电力线结构影响,电力线换位及线路故障会衰耗剧增;通道容量小,我国规定其频率使用范围在40～500kHz,音频范围窄。目前这种通信方式已逐步退出运行。

图3-1 采集信息流的层次模型

(2)光纤通信。光纤的传输频带宽、通信容量大,传输损耗低、中继距离长,线径小、重量轻。光纤原料为石英,节省金属材料,有利于资源合理使用;兼有绝缘高、抗电磁干扰性能强、抗腐蚀能力强、抗辐射能力强、可绕性好、无电火花和保密性强等优点。它一问世便在电力行业得以应用并迅速发展。除普通光纤外,一些专用于电力系统的特种光纤已被大量使用。

光纤通道可以开展光纤复合架空地线(optical ground wire,OPGW)、全介质自承式(all dielectric self-support,ADSS)光缆、光纤复合相线(optical phase conductor,OPPC)、光纤复合低压电缆(optical fiber composite low-voltage cable,OPLC)等多项特种应用,实现网络化、宽带化和综合化的目标,满足电力通信网络应用及用户需求。

光纤复合架空地线是在传统的输电地线、导线中融合光信息单元,是导线与特种光缆的高度融合和集成产品。光纤复合相线技术是OPGW、ADSS的延伸,实现电力通信从骨干输电网络延伸到配电网络,主要适用于110kV、35kV、10kV等城网、农网通信改造及配网自动化系统。

通过OPGW、ADSS、OPPC等光缆解决骨干网、配电网电力通信技术,还需要解决用电侧“最后一公里”的接入问题。光纤复合低压电缆集电缆和光缆于一体,“一线四用”解决终端供电、信号传输、宽带接入等问题,实现电力网、电信网、电视网、互联网的“多网融合”,可实现面向智能电网的基于OPLC的电力光纤到户(power fiber to the home, PFTTH)接入部署方案,推行智能电网光电无缝链接,实现快速高效的安装、开通、管理和维护。

在无线通信技术中,常见的有230MHz无线专网通信、微波通信、无线局域网WLAN通信、2G/2.5G无线公网通信、3G/B3G无线公网通信、4G无线公网通信等。

(1)230MHz无线专网通信。自1991年国家无线电管理委员会批复电力负荷控制专用230MHz频点以来,经过多年发展,全国大部分城市已建有230MHz无线系统。系统以地市公司为单位建设,在地市公司主站附近建一主台站,在辖区随信号覆盖情况建设基站/中继站,实现地市级大用户覆盖。2005年以前,县级电力公司主要选用230MHz无线通信系统实现专变用户的数据采集与负荷控制等功能,具有投资少、建设周期短、维护简单等优点,非常适合应用于通信结点分散的配电网。230MHz无线数传电台也存在一些诸如传输速率低、实时性差、管理能力弱、系统容量小、组网能力弱等缺点,在很大程度上制约了该项技术的发展和应用。

(2)微波通信。微波通信是使用波长为0.1～1000mm电磁波的通信。微波通信不需要固体介质,只要两点间直线距离内无障碍就可以传送微波。微波通信具有良好的抗灾性能,但微波经空中传送,易受干扰。由于在同一方向上不能使用一个以上的同频率的微波通信,所以微波电路必须在无线电管理部门的严格管理下进行建设。(www.xing528.com)

(3)无线局域网WLAN通信。WLAN是在局部区域内以无线媒体或介质进行通信的无线网络。其传输媒介为射频无线电波和红外光波,具有灵活性、可伸缩性、经济性等优点;但又有可靠性受影响、宽带系统容量有限、兼容性、安全性等局限性。所以,需要设计者在研发过程中加以考虑,使用者在应用时加以克服和注意。

(4)2G/2.5G无线公网通信。2G即第二代移动通信技术,以数字语音传输技术为核心,代表为GSM。2.5G是一种介于2G和3G之间的无线技术,可以提供更高的速率和功能,代表为GPRS。GPRS是一种分组交换系统,特别适用于间断的、突发性的或频繁的、少量的数据传输,也适用于偶尔的大数据量传输。在电力行业,通过租用运营商的通信系统, GPRS技术可用于部分远程数据采集,例如配网自动化的数据采集。

(5)3G/B3G无线公网通信。国际电信联盟(International Telecommunication Union, ICU)一共确定了全球四大3G标准,分别是宽带码分多址(wide-band code division multiple access,WCDMA)、CDMA2000、时分同步码分多址(time divisions ynchronous code division multiple access,TD-SCDMA)、全球微波互联接入(worldwide interoperability for microwave access,WiMAX)。WiMAX又称802.16无线城域网。WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA三大标准已在我国三大运营商(中国联通、中国电信和中国移动)开始商用,三种技术都属于宽带CDM技术。3G具有提供多速率业务、分组数据、载波间切换、快速功控、多用户检测等优点。TD-SCDMA在频率利用率、对业务支持方面具有灵活性;WCDMA有较高的扩频增益,发展空间较大,全球漫游能力最强,技术成熟性最佳;CDMA2000建设成本低。总之,三大技术各有优缺点,对于移动性要求不高的电力系统通信,这三大技术都有很大的发挥空间。

超三代移动通信系统(beyond third generation in mobile communication system, B3G)与3G技术相比,其有着更高的传输效率,更全的业务类型,更强的智能性、适应性和灵活性等。3G技术在世界范围已大规模商用,不久的将来,B3G技术的使用将使世界移动通信面貌焕然一新,在智能电网的实现中大有作为。

(6)4G无线公网通信。4G是集3G与WLAN于一体并能够传输高质量视频图像以及图像传输质量与高清晰度电视不相上下的技术产品。4G系统被认为是基于IP的蜂窝系统;目前许多不同的4G空中接口正在接受检验,4G系统必须是低成本的、不断提高服务质量(quality of service,QoS),一些可能的4G工具和技术包括:先进的天线技术、MIMO技术、自适应、可重配置系统、无线接入技术、广播与蜂窝网络的结合。目前,4G发展的趋势是多种技术的结合。4G通信具有通信速度更快、网络频谱更宽、通信更加灵活、智能性更高、兼容性更平滑、提供各种增值服务、实现更高质量的多媒体通信、频率使用效率更高、通信费用更加低廉等优点。

随着信息通信技术(information and communication technology,ICT)、网络技术与自动化、生产、管理等应用正日益走向融合,信息通信技术是支撑智能电网的关键技术,对于用电信息采集系统也不例外。可以预见的是,电力数据采集系统的发展将会有以下趋势:

(1)230MHz无线专网。拥有国家无线电管理委员会批准专用的15对双工频点和10个单工频点构建数据通信资源,现在可采用新的单工/双工自组网技术,支持自动中继和路由功能,可充分利用频点资源,扩充系统容量,为电力大型专变用户提供用电信息采集和监控等服务。

(2)目前远程信道主要采用GPRS/CDMA和230MHz专网方式,随着3G、4G新一代公网通信方式的发展,会衍生基于语音、照片、数据、视频的高速、大量数据的传输需求。

(3)电力系统接入点分散、环境复杂、接入点扩容变化大,建设用电信息采集系统需要一套技术先进、稳定可靠、扩展便捷、成本最优的通信接入系统。以太网无源光网络(ethernet passive optical network,EPON)作为全IP化宽带光纤接入系统,可以有星形、F形、一字形等多种组网方式,能很好地满足电力系统接入需求。

(4)电力线宽带通信技术经多年发展,技术已趋成熟,电力线宽带抄表的实时性、远程控制能力、网络及设备管理能力可大力应用到电力用户用电信息采集系统;在条件不具备的地区,可考虑用电力线低压载波作为补偿。

(5)大部分数据的采集采用基于开放标准的数字通信网,即基于IP的实时数据传输方式。多通道共用,提高通道利用率,可以和其他数据通信共用。为保证信息安全,用电信息采集设备特别是费控电能表考虑内置ESRM模块等安全芯片。